白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案

计算机组成原理第五版习题答案第一章 (1)第二章 (3)第三章 (14)第四章 (19)第五章 (21)第六章 (27)第七章 (31)第八章 (34)第九章 (36)第一章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。

数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。

模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0 和1 表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。

数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。

2．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。

3．科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。

4．主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。

主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。

5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。

每个存储单元都有编号，称为单元地址。

如果某字代表要处理的数据，称为数据字。

如果某字为一条指令，称为指令字。

6．计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。

7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。

8．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。

运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。

适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。

9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。

第4章习题参考答案1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？答：不合理。

指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。

一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。

2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。

答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。

双操作数指令单操作数指令无操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1) 单字长二地址指令。

(2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。

(4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。

4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

15 10 9 8 7 4 3 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。

(2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数在主存中。

有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。

5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。

根据寻址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因为OP为4位，所以最多可以有16种操作。

计算机组成原理课后答案白中英主编第五版计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要基础课程，它涵盖了计算机硬件系统的基本组成、工作原理和设计方法。

白中英主编的第五版教材是许多高校广泛采用的教材之一。

以下是对该教材课后习题的答案解析。

首先，让我们来了解一下计算机系统的层次结构。

从最上层的应用程序，到操作系统、指令系统、微体系结构，再到硬件逻辑层，每一层都有其独特的功能和作用。

在这个层次结构中，上层是通过下层来实现其功能的，而下层则为上层提供服务和支持。

在存储系统方面，我们需要掌握存储器的分类、存储容量的计算、存储速度的衡量指标等。

例如，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的区别，以及高速缓冲存储器（Cache）在提高计算机性能方面的作用。

Cache 的命中率是一个重要的概念，它直接影响到计算机系统的运行效率。

指令系统是计算机能够执行的操作的集合。

指令的格式、寻址方式以及指令的分类都是需要重点掌握的内容。

不同的寻址方式，如立即寻址、直接寻址、间接寻址等，为程序设计提供了丰富的手段。

中央处理器（CPU）是计算机的核心部件。

它的功能包括指令控制、操作控制、时间控制和数据加工。

CPU 的结构包括控制器和运算器两大部分。

控制器负责指令的读取、译码和执行的控制，而运算器则负责数据的运算和处理。

总线是计算机各部件之间传输信息的公共通路。

总线的分类、总线的性能指标以及总线的仲裁方式等都是需要了解的知识点。

例如，总线带宽的计算、同步总线和异步总线的区别等。

输入输出系统也是计算机组成原理中的重要部分。

包括输入输出设备的分类、接口的功能和组成、数据传输的控制方式等。

中断方式和DMA 方式在提高输入输出效率方面发挥了重要作用。

在课后习题中，可能会有一些关于上述知识点的理论性问题，要求我们对概念进行准确的阐述和理解。

例如，“请简述计算机存储系统的层次结构及其特点”，对于这样的问题，我们要清晰地回答出各个层次的名称、特点以及它们之间的关系。

第4章习题参考答案1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理为什么答：不合理。

指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。

一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。

2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。

答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。

双操作数指令单操作数指令无操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

15 10 !9 8 7 4 3 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1) 单字长二地址指令。

》(2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。

(4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。

4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

15 10 9 8 7 4 3 015 10 9 8 7 4 3 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。

(2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。

(3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数在主存中。

有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。

|5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

15 12 11 9 8 6 5 3 2 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。

第3章习题‎答案1、设有一个具‎有20位地‎址和32位‎字长的存储‎器，问 (1) 该存储器能‎存储多少字‎节的信息？ (2) 如果存储器‎由512K ‎×8位SRA ‎M 芯片组成‎，需要多少片‎？ (3) 需要多少位‎地址作芯片‎选择？ 解：(1) 该存储器能‎存储：字节4M 832220=⨯(2) 需要片8823228512322192020=⨯⨯=⨯⨯K(3) 用512K ‎⨯8位的芯片‎构成字长为‎32位的存‎储器，则需要每4‎片为一组进‎行字长的位‎数扩展，然后再由2‎组进行存储‎器容量的扩‎展。

所以只需一‎位最高位地‎址进行芯片‎选择。

2、已知某64‎位机主存采‎用半导体存‎储器，其地址码为‎26位，若使用4M ‎×8位的DR ‎A M 芯片组‎成该机所允‎许的最大主‎存空间，并选用内存‎条结构形式‎，问； (1) 若每个内存‎条为16M ‎×64位，共需几个内‎存条? (2) 每个内存条‎内共有多少‎D RAM 芯‎片? (3) 主存共需多‎少DRAM ‎芯片? CPU 如何‎选择各内存‎条? 解：(1) 共需内存条‎条4641664226=⨯⨯M (2) 每个内存条‎内共有个芯‎32846416=⨯⨯M M 片 (3) 主存共需多‎少个RAM ‎1288464648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 芯片， 共有4个内‎存条，故CPU 选‎择内存条用‎最高两位地‎址A 24和‎A 25通过‎2：4译码器实‎现；其余的24‎根地址线用‎于内存条内‎部单元的选‎择。

3、用16K ×8位的DR ‎A M 芯片构‎成64K ×32位存储‎器，要求： (1) 画出该存储‎器的组成逻‎辑框图。

(2) 设存储器读‎/写周期为0‎.5μS ，CPU 在1‎μS 内至少‎要访问一次‎。

试问采用哪‎种刷新方式‎比较合理?两次刷新的‎最大时间间‎隔是多少?对全部存储‎单元刷新一‎遍所需的实‎际刷新时间‎是多少? 解：(1) 用16K ×8位的DR ‎A M 芯片构‎成64K ×32位存储‎器，需要用个芯‎16448163264=⨯=⨯⨯K K 片，其中每4片‎为一组构成‎16K ×32位——进行字长位‎数扩展(一组内的4‎个芯片只有‎数据信号线‎不互连——分别接D0‎~D 7、D 8~D 15、D 16~D23和D ‎24~D 31，其余同名引‎脚互连)，需要低14‎位地址(A 0~A 13)作为模块内‎各个芯片的‎内部单元地‎址——分成行、列地址两次‎由A 0~A6引脚输‎入；然后再由4‎组进行存储‎器容量扩展‎，用高两位地‎址A 14、A15通过‎2：4译码器实‎现4组中选‎择一组。

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2．理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。

3．能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。

考纲要求1．计算机发展历程2．计算机系统层次结构（1）计算机硬件的基本组成；（2）计算机软件的分类；（3）计算机的工作过程。

3．计算机的性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、C PU执行时间；MIPS、MFLOPS1.1 计算机系统的分类一、计算机系统的分类如图1-1所示。

图1-1 计算机系统分类图二、计算机系统的基本组成如图1-2所示。

图1-2 计算机系统组成图三、概述计算机的分类：机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。

电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。

专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高高体积，功耗，性能，价格低如图1-3所示。

图1-3数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。

表1-1 数字计算机与模拟计算机的主要区别考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（）。

计算机组成原理课后答案第一章1 •模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。

数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。

模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。

数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。

2.数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。

3.科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。

4.主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示，指令在存储器中按执行顺序存放。

主要组成部分有：：运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。

5.存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。

每个存储单元都有编号，称为单元地址。

如果某字代表要处理的数据，称为数据字。

如果某字为一条指令，称为指令字。

6 •计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。

7取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。

8.半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为夕卜存，内存和夕卜存共同用来保存二进制数据。

运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU,它用来控制计算进行算术逻辑运算。

适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。

9.计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。

系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。

目　录第一部分　考研真题精选一、选择题二、综合应用题第二部分　章节题库第1章　计算机系统概论第2章　运算方法和运算器第3章　多层次的存储器第4章　指令系统第5章　中央处理器第6章　总线系统第7章　外存与I/O设备第8章　输入输出系统第9章　并行组织与结构第一部分　考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（ ）。

[2019年408统考]A．程序的功能都通过中央处理器执行指令实现B．指令和数据都用二进制表示，形式上无差别C．指令按地址访问，数据都在指令中直接给出D．程序执行前，指令和数据需预先存放在存储器中【答案】C根据冯·诺依曼体系结构的基本思想可知，所有的数据和指令序【解析】列都是以二进制形式存放在存储器中，计算机根据周期来区分指令和数据，因此数据是从存储器读取而非在指令中给出，因此C项是错误的。

2下列有关处理器时钟脉冲信号的叙述中，错误的是（ ）。

[2019年408统考]A．时钟脉冲信号由机器脉冲源发出的脉冲信号经整形和分频后形成B．时钟脉冲信号的宽度称为时钟周期，时钟周期的倒数为机器主频C．时钟周期以相邻状态单元间组合逻辑电路的最大延迟为基准确定D．处理器总是在每来一个时钟脉冲信号时就开始执行一条新的指令【答案】D【解析】计算机完成一条指令的时间称为指令周期，而一条指令通常是由几个时钟周期组成的，因此计算机不可能每来一个时钟脉冲就执行一个新指令，所以D项是错误的。

3某指令功能为R[r2]←R[r1]+M[R[r0]]，其两个源操作数分别采用寄存器、寄存器间接寻址方式。

对于下列给定部件，该指令在取数及执行过程中需要用到的是（ ）。

[2019年408统考]Ⅰ．通用寄存器组（GPRs）Ⅱ．算术逻辑单元（ALU）Ⅲ．存储器（Memory）Ⅳ．指令译码器（ID）A．仅Ⅰ、ⅡB．仅Ⅰ、Ⅱ、ⅢC．仅Ⅱ、Ⅲ、ⅣD．仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ【答案】B一条指令的执行过程为取指令、分析指令、执行指令。